防水剂对无机轻集料保温砂浆性能的影响

data-full-width-responsive="true"> 防水剂对无机轻集料保温砂浆性能的影响方明晖1，钱晓倩1，胡瑞柏2，庄中海2（1浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310027；2．嘉兴市博宏新型建材有限公司，浙江嘉兴314214）无机轻集料保温砂浆一般是指以膨胀玻化微珠或闭孔珍珠岩等轻质矿物组分为保温骨料，水泥等无机胶凝材料为主要胶结料并掺加高分子聚合物及其它功能性添加剂而制成的建筑保温干粉砂浆，有较好的保温隔热效果。相比于聚苯颗粒保温砂浆等有机类保温材料，无机轻集料保温砂浆采用了矿物轻骨料，除具有与水泥等胶凝材料相容性好、材料间粘结力高的特点外，还具有相对较高的抗压强度、良好的耐候性、防火性及较佳的透气性等优点，且施工方便，是一种综合性能较好、绿色环保的新型建筑保温材料，近几年来，已在我国夏热冬冷及夏热冬暖地区得到较为广泛的应用。但是，由于膨胀玻化微珠或闭孔珍珠岩等矿物材料内部存在较多孔隙，吸水性较强，在使用过程中易发生保温砂浆含水率增加从而使保温隔热效果下降、强度稳定性变差等现象。虽然可以通过提高保温系统的整体防水性能来避免这些现象的产生，但增强无机轻集料保温砂浆自身的防水性，仍是保温砂浆推广应用中需解决的问题之一。近年来，已有较多文献资料报道了膨胀玻化微珠保温砂浆的研制及施工技术[1-6]，并已有文献关注到了保温砂浆防水性的问题。文献[5]用苯丙乳液来改善膨胀珍珠岩的吸水性，文献[6]采用了不同憎水剂对无机聚合物保温砂浆进行改性处理，比较了砂浆表面憎水性能的差异。但较为详细地研究防水剂对保温砂浆性能影响的资料还较少。本文主要通过采用在保温砂浆中掺入不同防水剂，研究保温砂浆体积吸水量的变化情况；并参照GB 20473《建筑保温砂浆》的试验方法，在比较了不同防水剂对保温砂浆导热系数、物理力学性能及施工性能影响的基础上，较为详细地分析了影响保温砂浆施工性能的原因，考察了防水剂掺量对保温砂浆体积吸水量的影响规律。1 实验11 原材料胶结料：文中所指胶结料为除膨胀玻化微珠外，组成无机轻集料保温砂浆的其它材料，包括水泥等无机胶凝材料、高分子聚合物及其它功能性添加材料。膨胀玻化微珠：是一种无机玻璃质矿物材料，由火山熔岩粉碎成矿砂，经过特殊膨化烧法加工而成。该材料呈不规则球状颗粒，内部为多孔的空腔结构，表面玻化封闭。相比于普通膨胀珍珠岩，膨胀玻化微珠具有质轻、保温隔热性能好、强度高的特点。试验采用杭州生产的膨胀玻化微珠，堆积密度100～110 kg/m3，粒径分布情况见表1。由表1 可见，所采用的膨胀玻化微珠粒径主要集中在03～118 mm。防水剂：试验采用了3 种不同的防水剂，具体性状见表2。防水剂A 及防水剂B 均可用于干粉砂浆中的，而脂肪酸盐也常用于建筑材料的辅助防水剂，能降低成本。防水剂A的价格高于防水剂B，但如控制合理掺量，两者在保温砂浆中的材料成本可基本接近。12 配合比在考察防水剂对无机轻集料保温砂浆性能影响的试验中，保持胶结料的质量与膨胀玻化微珠的体积之比不变，掺入的防水剂取代保温砂浆中的部分填料，不同防水剂的掺量（防水剂占保温砂浆的质量百分比）试验见表3。13 试验方法试验室环境为空气温度（232）℃，相对湿度55%～85％。131 稠度按JGJ 701990《建筑砂浆基本性能试验方法》中第三章的规定进行。132 湿表观密度湿表观密度测试按JG 1582004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》中651 的规定进行。133 抗压强度、干密度、软化系数稠度控制在（9005）cm，试件拌和后立即成型，成型方法参照GB/T 204732006《建筑保温砂浆》中附录B、附录C。其中试样的养护方式为：试样成型后，用聚乙烯薄膜覆盖，养护（488）h 后脱模，继续用聚乙烯薄膜包裹养护至14 d，去掉薄膜养护至28 d。134 拉伸粘结强度拉伸粘结强度测试按JG/T 242000《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料》中614 的规定进行。其中保温砂浆成型厚度为6 mm，成型时用刮刀抹实，用聚乙烯薄膜包裹养护至14 d 后，去掉薄膜继续养护至28 d。135 导热系数按GB/T 10294 进行测试，其中试验平均温度为25 ℃，冷热板温差为20 ℃。136 体积吸水量将养护至龄期的707 mm707 mm707 mm 试件在（802）℃的烘箱中烘至恒重，放入干燥器中冷却至室温，称量，作为试件初始质量。将其完全浸入水中，水面高于试件顶面20mm，分别于1 h、2 h 及24 h 后取出，擦干表面浮水，称量试件吸水后质量，并计算保温砂浆的体积吸水量。2 试验结果与讨论21 不同防水剂对无机轻集料保温砂浆体积吸水量的影响无机轻集料保温砂浆以硅酸盐水泥为胶凝材料，膨胀玻化微珠为轻骨料，这2 种材料均有较好的亲水性，且由于膨胀玻化微珠内部多孔隙，因此保温砂浆的吸水量较高。为了提高其防水性能，可在保温砂浆配制过程中加入防水材料。有机硅是砂浆混凝土材料中最为常用的防水剂，能与其接触的基材表面起化学反应，形成牢固的化学健，并在基材表面生成1 层几个分子厚的不溶性防水树脂薄膜，起到憎水的作用。表4 为不同防水剂对保温砂浆体积吸水量的影响结果。注：①水与无机轻集料砂浆的质量比。由表4 可见，在控制保温砂浆稠度为（9005）cm 时，防水剂的加入能降低新拌浆体的需水量，且使砂浆的体积吸水量明显降低。不掺防水剂时，立方体试件浸入水中1 h 吸水量达到0358 g/cm3，已基本接近24 h 吸水量，吸水速率快，吸水量较大。加入02%防水剂A 或015%防水剂A 及02%脂肪酸盐后，吸水量降低，但吸水速率仍较快；而加入4%防水剂B后，1 h 体积吸水量较未加防水剂时降低57%，2 h 降低49%，24 h 降低31%，防水效果最为明显。随着试件浸水时间的延长，保温砂浆的体积吸水量也逐渐增大。这是由于有机硅材料虽能在保温砂浆的孔壁表面形成憎水膜，膜的外向为有机基团，可使作用于其表面的水分子内聚力大于水分子与材料间的作用力，产生疏水作用，使掺加有机硅防水剂的砂浆体积吸水量下降。但是，防水剂的不同掺量及不同有机硅材料的防水剂都会导致保温砂浆的防水效果不同；保温砂浆的多孔性，还使得掺入的防水剂所形成的憎水膜不足于覆盖整个砂浆的孔隙表面，使孔隙间仍保留有一定的连通，故吸水量随试件浸入水中时间的增加而增大。此外，从表4 还可以发现，脂肪酸盐对保温砂浆的防水性能提高具有一定的辅助效果，可减少防水剂A 的用量，降低成本。22 不同防水剂对无机轻集料保温砂浆物理力学性能及导热系数的影响加入防水剂能提高无机轻集料保温砂浆的防水性和物理力学性能，但对保温砂浆的保温性能会有一定的影响（见表5）。由表5 可以看出，加入不同防水剂后，无机轻集料保温砂浆干表观密度、抗压强度、拉伸粘结强度及导热系数均有不同程度的提高。这是因为防水剂使新拌浆体的需水量降低，硬化试件的干表观密度增大，从而导致保温砂浆的抗压强度、拉伸粘结强度提高，导热系数上升，砂浆保温隔热性能下降。比较配方2、3、4 还可以发现，加入防水剂A 后，保温砂浆的抗压强度、拉伸粘结强度、导热系数均较加入防水剂B 高；特别是掺脂肪酸盐的保温砂浆在干表观密度、导热系数与配方2 基本相同的情况下，抗压强度提高较多。而对于在保持导热系数相同的条件下，防水剂对干表观密度、抗压强度及拉伸粘结强度的影响大小的问题，有待于进一步的实验研究。23 不同防水剂对无机轻集料保温砂浆施工性能的影响加入防水剂不仅会影响无机轻集料保温砂浆的物理力学性能及导热系数，而且对新拌砂浆的施工性能也会产生不同程度的影响。按表3 配方加入不同防水剂后，新拌浆体稠度随放置时间的变化情况见图1。从图1 可知，不掺防水剂的保温砂浆具有较好的施工性能，45 min 后浆体仍能保持9 cm 的稠度值。而保温砂浆中加入02%防水剂A 或015%防水剂A 及02%脂肪酸盐后，新拌浆体的稠度随放置时间的延长下降很快，15 min 后浆体稠度下降至5～55 cm，30 min 时稠度仅为3～4 cm。即按配方2、配方3 加水拌和的浆体，在刚拌和完时，浆体柔软，粘聚性、和易性好；放置10 min 后，浆体明显变干、变硬，且松散；约30min 时，浆体已无法完成施工操作。而加入防水剂B 的保温砂浆，浆体稠度随时间的延长也会有一定程度的下降，但下降较少，45 min 后仍能进行施工操作。观察成型硬化后的保温砂浆立方体还可以看到，含有防水剂A 的配方2、配方3，其成型面出现凹面。而根据文献资料及实践经验，防水剂A 掺入聚合物砂浆及普通砂浆中均不会对砂浆的施工性能产生较大的影响，而在保温砂浆中却发生了较为特殊的现象。分析原因，估计主要是防水剂A 中含表面活性剂，表面活性剂包覆有机硅材料。在普通砂浆拌和过程中，表面活性剂能提高砂浆的和易性，而有机硅仍处于包覆中，在浆体水化进行一段时间后，有机硅才从包覆中释放出来，迁移至浆体表面，与胶凝材料等物质发生化学发应，形成防水膜，产生憎水作用。而保温砂浆以膨胀玻化微珠为轻骨料，膨胀玻化微珠具有多孔性，吸附能力较强，因此，在拌和初期，表面活性剂就被吸附，与有机硅分离。而游离出的有机硅防水剂防水性能优异，表面张力非常低，本身分子间作用力小，在水中不溶解或溶解度极小，能迅速扩散到气泡表面，造成气泡上局部表面张力不平衡，使气泡变薄、破裂。从而造成了防水剂A 掺入保温砂浆后，初始拌和时和易性较好，但施工性能随时间延长迅速下降的情况。与此不同，防水剂B 中可能不含表面活性剂或含有的表面活性剂较少，且有机硅的性能也不同，故无此种现象发生。24 防水剂B 掺量对无机轻集料保温砂浆防水性能的影响防水剂B 掺入无机轻集料保温砂浆中不仅能明显提高保温砂浆的防水性能，而且对新拌砂浆的施工性能影响不大。因此，进一步考察了其在保温砂浆中的掺量对体积吸水量的影响情况，试验结果见图2。由图2 可见，防水剂B 能降低无机轻集料保温砂浆的体积吸水量，且随掺量的增加，砂浆的体积吸水量降低。当掺量为15％时，保温砂浆2 h 后的体积吸水量接近不掺防水剂的保温砂浆，防水效果较差。因此，从试验结果来看，要取得较好的防水性，防水剂B 在保温砂浆中的掺量应达到25%以上。在无机轻集料保温砂浆中掺入25%的防水剂B 后，砂浆的性能测试结果见表6。由表6 可见，无机轻集料保温砂浆所测性能指标能满足GB/T 204732006 中B 型建筑保温砂浆的要求。3 结语无机轻集料保温砂浆是一种较适合于夏热冬冷及夏热冬暖地区使用的墙体保温隔热砂浆，可通过在保温砂浆中加入有机硅防水剂来提高其防水性能。防水剂的加入使砂浆的干密度、抗压强度及拉伸粘结强度提高，导热系数增大，保温性能变差；加入防水剂A 时保温砂浆的施工性能随浆体放置时间延长而显著下降，而防水剂B 对保温砂浆的施工性能影响不大，且具有较好的防水性；随防水剂B 掺量的增加，保温砂浆体积吸水量降低，当掺量达到25％时，防水效果较为明显。